Hollow Microstructure-Based Iontronic Pressure Sensors with High Sensitivity and High Linearity over a Broad Range

线性 灵敏度(控制系统) 压力传感器 材料科学 压缩性 航程(航空) 电介质 声学 压力测量 光电子学 电子工程 动态范围 分辨率(逻辑) 高分辨率 响应时间 结构健康监测
作者
Hexin Li,Li Jiang,Huiwen Ren
出处
期刊:ACS Sensors [American Chemical Society]
卷期号:11 (2): 1402-1412 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acssensors.5c03681
摘要

Flexible pressure sensors play a key role in fields such as health monitoring, smart wearables, environmental sensing, and human−computer interaction. These applications require sensors capable of accurately detecting a wide range of signals across diverse scenarios. However, achieving both high sensitivity and good linearity across a wide pressure range remains a significant challenge, primarily due to the limited compressibility of conventional sensor materials and structures. Herein, we report iontronic pressure sensors based on hollow microstructures. The hollow microstructure effectively enhances the compressibility of the dielectric layer, yielding a high sensitivity (131.1−3364.1 kPa −1 ) over a wide pressure range (2000 kPa). Moreover, by designing programmable gradient hollow microstructures, we simultaneously achieve high sensitivity (626.9 kPa −1 ) and excellent linearity ( R 2 = 0.998) over a wide pressure range (620 kPa). These resulting sensors exhibit ultrahigh pressure resolution (>0.004%) over the full pressure range. These sensors are capable of detecting a variety of signals, including pulse, swallowing, muscle movement, and bending, and can be applied to applications across varied pressure ranges. This demonstrates their substantial potential for applications in health monitoring and human−computer interaction. The proposed design strategy is generalizable and is expected to enhance the performance of sensors based on different sensing mechanisms.
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